Rok 2017 bol i rokom batérií, predstavených ich bolo množstvo

Rok 2017 sa nám už chýli ku koncu a preto je zaujímavé sledovať, čoho všetkého sme sa za posledných 12 mesiacov dočkali. Ak by sme sa mali pozrieť na počet oznámení nových druhov batérií, môžeme pozorovať, že vedci sa tento rok skutočne činili.

Toľko nových technológií pre napájanie sme tu ešte nemali a tak je na čase si ich trochu pripomenúť a zrekapitulovať. Niektoré z technológií sa budú týkať napájania batérií, iné pohonu. Ak vás niektorá z tohtoročných noviniek bude zaujímať viac, stačí kliknúť na nadpis, ktorý vás preklikne na kompletný článok, ktorý sme o technológii napísali.

Pozrite siVýstavba najväčšej svetovej Li-ion batérie úspešne dokončená

Algoritmy

Napriek tomu, že sa nejedná o nový druh batérie, určite treba tento unikátny nápad spomenúť v našom zozname, pretože sa dotýka spotreby elektrickej a fosílnej energie pri elektromobiloch.

Xuewei Qi s tímom výskumníkov z UCR využili konektivitu vozidiel a evolučné algoritmy pre zlepšenie účinnosti hybridov do zásuvky. ZDROJ | UC Riverside

Ide o algoritmy, ktoré vymysleli výskumníci z University of California v Riverside (UCR) a ktoré učia vozidlo kombinovať elektrickú energiu a benzín (prípadne naftu) pre maximálnu úsporu paliva. Tento prístup napodobňuje prírodné energeticky úsporné procesy, napríklad lietanie vtákov vo formácii. Cieľom je zlepšiť efektivitu plug-in hybridných elektrických vozidiel (PHEVs) o viac ako 30 percent.

Prietokové batérie 

Redox-flow alebo tzv. prietokové batérie sú ďalším zaujímavým nápadom. Batérie pri nabíjaní ukladajú energiu pomocou zmien elektrolytu. Prostredie medzi elektródami je oddelené polopriepustnou membránou a systém používa čerpadlá pre pohyb elektrolytov, ktoré tvoria elektródy.

https://www.youtube.com/watch?v=HwXYFKvhp2E

Tím pod vedením profesorov Michaela Aziza a Roya Gordona uvádza, že sa im podarilo dosiahnuť pozoruhodnú životnosť prietokovej batérie. Po 1000 nabíjacích/vybíjacích cykloch stráca takáto batéria len 1 percento kapacity.

Vodík a palivové články

Síce sa nejedná o novú technológiu, tento rok sa o nej pomimo klasických Li-Ion batérií písalo najviac. Viacero spoločností a hlavne automobiliek sa pustilo do rozvoja vodíkového pohonu alebo tzv. palivových článkov. Spomenieme napríklad Hondu, ktorá s General Motors pracuje na spoločnej výrobe týchto článkov.

https://www.youtube.com/watch?v=OP5Do94nXPc

Výhodou vodíkových áut je rýchle tankovanie, porovnateľné s benzínom a naftou, ale bez emisií – vypúšťajú len vodu. Vodíkové auto si však na rozdiel od plug-in hybridu nenatankujete v domácej garáži.

HE3DA

Jedna z noviniek pochádza od našich bratov z Českej republiky, kde vedec Jan Procházka vyvinul špeciálne lítiové batérie HE3DA (High Energy 3D Accumulator). Ich technológia spočíva v úprave elektródov a článkov, ktoré sú umiestnené horizontálne.

https://www.youtube.com/watch?v=I_DJuekqbqM

Batéria má hrubšie elektródy, vďaka čomu sa dá pri rovnakej kapacite vyrobiť lacnejšie. Vynálezca tvrdí, že ide zároveň o najbezpečnejšie Li-ion batérie na svete. Sú nehorľavé a nehrozí ani nebezpečenstvo výbuchu.

Pozrite siBudú horčíkové batérie „zabijakom“ lítia?

Tekuté batérie

Tentokrát batérie určené skôr pre smartfóny majú za cieľ okrem dodávania energie aj chladiť. Za vývojom týchto batérií stoja vedci z IBM a ETH Zurich university. Prebytočné teplo z procesora sa tak odčerpáva cez tekuté elektrolyty.

ZDROJ | ETHZ

Jediným nedomysleným detailom je, že článok nie je dostatočne výkonný na poháňanie bežného počítačového čipu.

Batérie inšpirované listami rastlín

Od prírody sa môže ľudstvo veľa naučiť a platí to nielen pri faune, ale aj pri flóre. Vedci vytvorili materiál, ktorý napodobňuje prúdenie živín v rastlinných listoch. Práve štruktúra listu využitá pri vývoji batérii môže zlepšiť výkon.

ZDROJ | Nature.com

Pomocou tejto štruktúry by sa aj znížila záťaž na samotné elektródy. Batérie by dokázali uložiť viac náboja (mohli by mať až 25-krát väčšiu kapacitu ako dnes), nabili by sa rýchlejšie a mali by aj dlhšiu životnosť.

Sklenený odpad

Aj sklo sa dá využiť ako zdroj energie. Myslia si to výskumníci z Bourns College of Engineering pri Kalifornskej univerzite v Riverside (UCR), ktorí použili na výrobu nanosilikónových anód pre vysoko výkonné Li-ion batérie materiál z odpadového skla.

https://www.youtube.com/watch?v=BHKghUah_Nc

Kremíkové anódy dokážu skladovať až 10-krát viac energie ako konvenčné grafitové anódy. Pomocou pôsobenia lacnej chemickej reakcie na relatívne čistú formu SiO2 vytvorili Li-ion články, uchovávajúce takmer štyrikrát viac energie ako konvenčné grafitové anódy.

EMBATT

Čo sa týka konštrukcie batérií do elektromobilov, vedci z Fraunhoferovho inštitútu pre keramické technológie a systémy IKTS z Drážďan pracujú na novom dizajne batérií, ktorý by mohol zvýšiť dojazd elektromobilov až na 1000 km.

ZDROJ | EMBATT

Keďže elektromobil nemá jediný veľký akumulátor ale pozostáva zo stoviek, alebo tisícov batériových článkov, ktoré sú zapuzdrené a sériovo-paralelne prepojené, vedci chcú uvoľniť priestor na dodatočné články. Typ batérie EMBATT znižuje počet komponentov pri oveľa jednoduchšej konštrukcii.

Pozrite siPartnerstvo BMW a Solid Power prinesie pevné batérie pre elektromobily

Li-metal

Výskumníci z Rice University prišli na nápad, ako zvýšiť energetickú hustotu batérií a to až trojnásobne. Budú na to slúžiť dendrity. Jedná sa o mikroskopické vlákna (v tomto prípade z lítia), ktoré sa vytvárajú na anódach počas nabíjacieho procesu. Môžu sa rozširovať, až dosiahnu druhú elektródu a spôsobia skrat.

ZDROJ | Rice University

Technológia, s ktorou prišli vedci, umožní zastaviť rast dendritov v jeho počiatku pomocou špeciálnej anódy. Vyrobená je z materiálu, ktorý bol prvýkrát vytvorený na univerzite pred piatimi rokmi.

Kyselina mravčia

Študentský tím z Technickej univerzity v Eindhovene (TU/e) odhalil prototyp prvého systému na svete, ktorý poháňa autobus kyselinou mravčou.

ZDROJ | TEAM FAST

Kyselina mravčia tvorí v tomto prípade hlavnú súčasť (99%) paliva, ktoré mladí vedci nazvali hydrozín. Zvyšok tvoria činidlá podporujúce uvoľňovanie vodíku. Získaný vodík sa následne pomocou vzdušného kyslíka mení v palivových článkoch na elektrinu a tá poháňa elektromotor. Výhodou použitia kyseliny mravčej je, že je udržateľná, má neutrálnu uhlíkovú stopu a oproti vodíku je bezpečná.

MXene

Výskumníci z Drexler University prišli tento rok s novým dizajnom batériovej elektródy, ktorý umožní rýchlejšie dobíjať akumulátory.

ZDROJ | Drexler University

Kľúčom sú tenké elektródy vyrobené z nanomateriálu s názvom MXene. Tieto elektródy sa dokážu nabiť za desiatky milisekúnd, čo umožňuje ich vysoká elektrická vodivosť.

Flexibilné batérie

Tentokrát sa technológia zamerala na batérie nositeľných zariadení, tzv, wearables, pri ktorých je nutné, aby batérie boli flexibilné. Problémom je chemická škodlivosť, kvôli ktorej musia byť batérie v puzdrách a tak sa stráca ich flexibilita.

ZDROJ | Chem

Čínski vedci z Fudanskej univerzity vyvinuli nový typ flexibilnej batérie. Tá nevyužíva rizikové materiály a elektrolyty a dobre sa hodí práve pre nositeľné aplikácie, alebo implantáty. Namiesto bežných elektrolytov, ktoré sú žieravé alebo toxické, tím použil chemikálie na báze sodíka, ako je síran sodný, ktorý sa používa aj ako preháňadlo, ako aj soľný roztok a fyziologický roztok využívaný na bunkovú hydratáciu.

Pozrite siBatériová farma od Tesly v Austrálii zažila prvú ostrú skúšku

FlashBattery

Izraelský start-up Store Dot prišiel s nápadom nového zloženia Li-ion batérií. Technológia FlashBattery má údajne umožniť nabite batérií elektromobilu na dojazd 480 kilometrov (300 míľ) len za 5 minút. To je takmer rovnako rýchlo, ako natankovanie paliva do nádrže bežných áut. Na takto rýchle nabitie by však bol potrebný extrémne vysoký výkon.

https://www.youtube.com/watch?v=ZkMMxmPfWVA

Technológia vraj stojí na nanotechnológii s „chemicky syntetizovanými organickými molekulami nebiologického pôvodu“. Do technológie investovali už také zvučné mená ako spoločnosť Samsung, automobilka Daimler či ruský boháč Abramovič.

Batérie s pevným elektrolytom

Toyota, ktorá je priekopníkom hybridných automobilov v novodobej histórii, pracuje na technológii batérie s pevným elektrolytom.

https://www.youtube.com/watch?v=QEpZxE9E-6U

Nová technológia predstavuje zdokonalenie lítium-iónových batérií, v ktorých bude tekutý alebo gélový elektrolyt nahradený elektrolytom v pevnej fáze. Podľa Toyoty toto riešenie zdvojnásobí kapacitu dnešných lítium-iónových batérií, čím sa zvýši dojazd elektromobilov. Zároveň sa skráti čas nabíjania.

Horčíková batéria

Tím vedcov z Department of Energy (DOE) vo výskumnom centre Joint Center for Energy Storage Research (JCESR) objavil najrýchlejší magnézium-iónový pevný vodič (v tomto prípade použiteľný ako elektrolyt). Ten je hlavným krokom smerom k vytvoreniu magnézium-iónových batérií s tuhým elektrolytom, ktoré sú bezpečné a vyznačujú sa vysokou energetickou hustotou.

ZDROJ | Argonne National Laboratory

Výskumníci z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) pri DOE a Argonne National Laboratory pracujú práve na horčíkovej batérii, ktorá ponúka vyššiu energetickú hustotu ako lítium.

Grafénové guľôčky

Poslednou technológiou batérií v našom zozname sú grafénové guľôčky. Podľa divízie Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT), ktorá nové batérie vyvinula, má táto modifikácia Li-ion batérií o 45% vyššiu kapacitu a dokáže sa nabiť 5x rýchlejšie, ako bežné Li-ion batérie.

Takto vyzerá elektróda s grafénovými guľôčkami.ZDROJ | Samsung

Novinka spočíva vo využití grafénu na pokrytie jadra z oxidu kremičitého (SiO2), pričom sa takýmto kompozitom potiahnu klasické elektródy v Li-ion batérii. Zvýši sa ich vodivosť a tepelná odolnosť. Pri pracovnej teplote okolo 60 °C sa skráti doba nabíjania na pätinu.

Komentáre k článku